Ar elektroniem bombardētie aktīvo pikseļu sensori (EBAPS; tos dēvē arī par EB-CMOS vai EBCMOS) apvieno vakuuma fotokatoda kvantu jutību un elastīgi pielāgojamu spektrālo reakciju ar CMOS attēlsensora telpisko izšķirtspēju, kadru uzņemšanas ātrumu un digitālo izvadi. Fotoelektroni tiek paātrināti caur tuvfokusētu vakuuma spraugu un tieši ietriecas elektroniem jutīgajā CMOS anodā. Tādējādi vairs nav vajadzīga mikrokanālu plate (MCP), luminiscējošais ekrāns un optisko šķiedru savienojums, ko izmanto parastajās attēla pastiprinātāju kamerās; tiek saīsināta pārveidošanas ķēde un samazināts izmērs, masa, enerģijas patēriņš, pēcspīdēšana un savienojuma zudumi. Centram šī tiešā vakuuma–digitālā arhitektūra ir viens no daudzsološākajiem risinājumiem kompaktu digitālās nakts redzamības un multispektrālo vāja apgaismojuma moduļu izstrādei.
Aptuveni 1–3 kV paātrinājuma spriegumā katrs krītošais fotoelektrons silīcijā nodod pietiekami daudz enerģijas, lai radītu simtiem elektronu–caurumu pāru. Ja šis elektronu bombardēšanas radītais pusvadītāja pastiprinājums pārsniedz CMOS nolasīšanas troksni, uz ieeju attiecinātais troksnis var kļūt mazāks par vienu fotoelektronu, un kļūst iespējams detektēt atsevišķus fotonu notikumus. Pētījumi pašlaik virzās tālāk par jutības demonstrējumiem uz augstas izšķirtspējas anodiem, kontrolētu reizināšanas troksni, plašu dinamisko diapazonu un ilgāku kalpošanas laiku. Jaunākajos darbos aplūkotas pilnībā no priekšpuses atplāninātas EBAPS struktūras, kas samazina atpakaļizkliedi un elektrisko pārrunu (šķērsrunu), jauktā un scintilācijas trokšņa slāpēšana reāllaikā, kā arī Montekarlo modeļi, kas pasivāciju, leģēšanu, reizināšanas slāņa biezumu un krītošo elektronu enerģiju sasaista ar pastiprinājumu un signāla un trokšņa attiecību. ISIE19 klases izstrādes arī apliecina ātrdarbīgu CMOS anodu ar plašu dinamisko diapazonu (HDR) priekšrocības darba apstākļos no spilgtas zvaigžņu gaismas līdz mākoņainas debess zvaigžņu gaismai. [1–4]
Mūsu hibrīdo sensoru programmā EBAPS tiek aplūkots kā savstarpēji sasaistīts vakuuma, fotokatoda, pusvadītāja un signālapstrādes kopums, nevis kā atsevišķs detektors. Mēs pētām tuvfokusēšanu starp fotokatodu un CMOS, elektronu bombardēšanas radīto pastiprinājumu un tā telpisko vienmērību, ieejas slāņa un atpakaļizkliedes zudumus, anoda degradāciju uzkrātās devas ietekmē, augstsprieguma vadību un ātrdarbīgas nolasīšanas sinhronizāciju ar lokālo toņu kartēšanu, attēlu sapludināšanu un perifēro mākslīgo intelektu (Edge AI). Tā kā mūsu attēla pastiprinātāju pētījumu pamatā ir tā pati vakuuma fotokatodu fizika, analogās lampas, CMOS kameras ar attēla pastiprinātāju un EB-CMOS ierīces var pārbaudīt uz kopīgiem vāja apgaismojuma testēšanas stendiem. Tādējādi Eiropas sensoru integratoriem tiek nodrošināti tieši salīdzināmi jutības, trokšņa, modulācijas pārneses funkcijas (MTF), dinamiskā diapazona, aiztures un enerģijas patēriņa dati.
Galvenie izaicinājumi ir pret elektroniem jutīgās anoda virsmas noturība pret starojumu, stabils miniatūrs augstsprieguma un vakuuma korpuss, dinamiskā diapazona pārvaldība spilgtu avotu iedarbībā un impulsveida režīmā, kā arī ierobežotās Eiropas piegādes ķēdes iespējas specializētu, no aizmugures atplāninātu CMOS sensoru jomā. Konkrētām spektra joslām pielāgoti fotokatodi var paplašināt koncepcijas lietojumu ārpus pasīvās attēlveides redzamajā un tuvajā infrasarkanajā (NIR) diapazonā, ietverot UV-C un impulsu vadības lietojumus ap 1,06 µm, tomēr katram spektrālajam variantam atsevišķi jāoptimizē kvantu efektivitāte, tumšā emisija, korpuss un apgaismojums. Mūsu vērtējumā praktiski izmantojamus EBAPS moduļus noteiks nevis tikai maksimālais pastiprinājums, bet gan savstarpēji optimizēti fotokatodi, izturīgas anoda virsmas, HDR pikseļi, kalibrēšana un zema aiztures laika signālapstrāde. Centrs saskaņo savu validācijas ceļvedi ar Eiropas sensoru un CMOS partneriem, lai pilnveidotu šos moduļus līdz prototipiem kājniekiem, transportlīdzekļiem un bezpilota platformām. [3–5]
ATSAUCES
[1] Chen, W., Chen, Y., Li, Y., Jiao, G., & Song, D. (2024). A universal gain theory of the multiplying layer in EBCMOS based on elastic and inelastic scattering. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 551, 165352. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2024.165352
[2] Zhang, J., Qian, Y., Zhang, Y., & Liu, J. (2025). High-resolution low-light electron-bombarded active pixel sensor with a fully frontside-thinned structure and its noise characteristics. IEEE Transactions on Electron Devices. https://doi.org/10.1109/TED.2025.3570662
[3] Wang, Y., Qian, Y., Lin, J., & Chen, Y. (2025). Real-time noise suppression algorithm for electron bombarded active pixel sensor via adaptive spatiotemporal side window filter. Proceedings of SPIE, 13511. https://doi.org/10.1117/12.3057137
[4] Jiao, G., Liang, R., Liu, Y., Wang, C., Yan, L., Chen, W., & Li, Y. (2026). Characteristics and influencing factors of multiplication noise in EBCMOS. Photonics, 13(6), 511. https://doi.org/10.3390/photonics13060511
[5] Liang, R., et al. (2026). The degradation mechanism of charge collection efficiency in electron multiplication layer of EBAPS. Proceedings of SPIE, 14177, 141773C. https://doi.org/10.1117/12.3108057